Complete os valores
| Substância | Estado | T (°C) | P (kPa) | v (m³/kg) | título | Descrição da fase |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Água | 1 | 250 | 500 | |||
| Água | 2 | 400 | Vapor saturado | |||
| Água | 3 | 50 | 7,72 | |||
| Água | 4 | 110 | 5000 | |||
| Amônia | 5 | -30 | 0,9 | |||
| Amônia | 6 | 100 | 1,4 | |||
| R12 | 7 | 100 | 0,12 | |||
| R12 | 8 | 60 | 600 |
Passo 1
O que o enunciado pede: completar os campos em falta da tabela (temperatura
, pressão
, volume específico
, título do estado termodinâmico e descrição da fase) para oito estados de substâncias diferentes. Vou listar os dados já fornecidos linha a linha e quais campos estão em falta:
- Estado 1 (Água):
, . Faltam: , título, descrição da fase. - Estado 2 (Água):
, título dado (“Vapor saturado”). Faltam: , , descrição da fase. - Estado 3 (Água):
, . Faltam: , título, descrição da fase. - Estado 4 (Água):
, . Faltam: , título, descrição da fase. - Estado 5 (Amônia):
, . Faltam: , título, descrição da fase. - Estado 6 (Amônia):
, . Faltam: , título, descrição da fase. - Estado 7 (R12):
, . Faltam: , título, descrição da fase. - Estado 8 (R12):
, . Faltam: , título, descrição da fase.
Observação importante (sem resolver ainda): para classificar cada estado e calcular grandezas geralmente precisamos de tabelas de propriedades saturadas (vf, vg,
,
) ou, no caso de vapor superaquecido, das tabelas de vapor superaquecido. Quando eu não tiver valores tabulados, vou usar aproximações justificadas (lei dos gases ideais para vapor superaquecido e aproximações típicas de
quando o líquido está comprimido). Vou indicar quando usei aproximações.
Passo 2
Mini-aula (ferramentas que vou usar) — linguagem simples e nada de pânico:
- Conceitos essenciais
- Estado saturado: quando a temperatura e pressão estão na curva de saturação. Há duas propriedades importantes em cada pressão (ou temperatura): o volume específico do líquido saturado
e do vapor saturado . Se um estado tiver é líquido saturado; se é vapor saturado; se é mistura (duas fases) e define-se a qualidade por
onde
é a fração mássica de vapor (entre
e
).
- Superaquecido/comprimido: se
o fluido (com grande probabilidade) é vapor superaquecido; se e não houver mistura então é líquido comprimido (subcooled liquid).
- Lei dos gases ideais (aplicável como aproximação razoável para vapores superaquecidos):
onde
é a pressão (em
),
o volume específico (em
),
a temperatura absoluta (em K) e
a constante específica do gás (em
). Note que
varia por substância:
- Água (vapor):
. - Amônia (
): massa molar → . - R12: massa molar
→ .
Sempre convertoem kelvin: .
- Como vou decidir o título/descrição
- Se o par
coincide com a curva de saturação (ou se o enunciado já diz “vapor saturado”), vou usar as propriedades saturadas (avaliando , ) e classificar como saturado/mistura. - Se
é maior do que — superaquece; se menor — líquido comprimido.
Quando eu não tiver a tabela exata, usarei aproximações físicas razoáveis (por exemplo, para líquidos comprimidospara a água, que é o valor típico na faixa de 1 atm a MPa).
Passo 3
-
Verificação de saturação: a temperatura de saturação da água à pressão
é cerca de . Como , o vapor está superaquecido. Logo o título será “vapor superaquecido” e descrição “vapor (superaque-cido)”. -
Cálculo aproximado de
usando a lei dos gases ideais (aplicação permitida para vapor superaquecido):
Converter
para K:
. Usando
,
Arredondando de forma prática:
.
Resultado para o estado 1:
-
. - Título: “vapor superaquecido”.
- Descrição: “vapor (superaque-cido)”.
Passo 4
- Se o enunciado já diz “vapor saturado”, isso implica que a temperatura é a temperatura de saturação correspondente à pressão dada. Portanto:
-
. De tabelas clássicas de vapor de água, .
- Para obter o volume específico do vapor saturado
podemos usar a tabela de vapor saturado — na ausência dela, uma aproximação útil é aplicar a lei dos gases ideais usando (bom para uma estimativa de ):
Converterpara K: . Usando :
Arredondando:
.
Resultado para o estado 2:
-
. -
. - Descrição da fase: “vapor saturado” (já indicado pelo enunciado).
Passo 5
-
Quando a temperatura é conhecida e
está entre e àquela temperatura, o estado é uma mistura saturada. Primeiro encontro a pressão de saturação à temperatura dada: para água, corresponde a . Então . -
Valores saturados aproximados a
(tabelas):
-
(líquido saturado muito pequeno), -
(vapor saturado).
- Como
e , é uma mistura. Calcular a qualidade :
Logo
(64,2% em massa de vapor).
Resultado para o estado 3:
-
. - Título: “mistura saturada” (ou “mistura líquido+vapor”, com
). - Descrição: “mistura (líquido + vapor)”.
Passo 6
-
Verificar saturação: pressão
tem temperatura de saturação aproximadamente . Como , o estado NÃO está na curva de saturação — é um líquido comprimido (subcooled liquid). -
Para líquidos comprimidos o volume específico varia pouco e normalmente aproximamos por valores de líquido saturado próximos ou por
(1 L/kg), que é um valor prático e amplamente usado em cálculos de prova quando não se tem tabela refinada.
Vou colocar
como uma estimativa coerente com dados tabulados típicos nessa faixa.
Resultado para o estado 4:
-
. - Título: “líquido comprimido” (ou “subcooled liquid”).
- Descrição: “líquido (comprimido)”.
Passo 7
- Vou estimar a pressão usando a lei dos gases ideais como ponto de partida (bom procedimento quando não temos tabela explícita). Para
, .
Converterpara K: . Então
Arredondando:
.
- Classificação: a pressão de saturação da amônia aumenta rapidamente com
; sabemos que à pressão a amônia ferve a cerca de . Em a pressão de saturação será maior que , e um valor na faixa de – é coerente com tabelas. O calculado por ideal-gas (≈ ) fica muito próximo da pressão de saturação estimada àquela temperatura, indicando que o estado está muito próximo da saturção; portanto o estado pode ser interpretado como “vapor saturado” ou vapor ligeiramente superaquecido dependendo de valores tabulados finos.
Para a resposta escolho classificar como “vapor saturado (aprox.)” e descrição “vapor”. Nota: a pressão dada é uma estimativa com base em lei dos gases ideais; tabelas podem dar um valor de
levemente diferente.
Resultado para o estado 5:
-
(estimado). - Título: “vapor saturado (aprox.)”.
- Descrição: “vapor”.
Passo 8
- Calcular
aproximado pela lei dos gases ideais:
Usando
,
,
,
Em graus Celsius:
. Arredondo:
.
- Classificação: a temperatura de saturação da amônia à pressão
é cerca de (próxima de 1 atm). Como , o fluido é claramente vapor superaquecido.
Resultado para o estado 6:
-
. - Título: “vapor superaquecido”.
- Descrição: “vapor (superaquecido)”.
Passo 9
-
Temperatura de saturação do R12 à pressão
(1 bar) é aproximadamente (valor típico de tabela; o ponto de ebulição do R12 a 1 atm é cerca de ). Se o estado estiver na saturação, então . -
Estimar
(vapor saturado) usando a aproximação do gás ideal:
Converterpara K: . Para R12, . Então
Como
mas bem maior que um
típico (liquido saturado tem
da ordem de
a
), isso indica que o estado é uma mistura saturada com qualidade
tal que:
(Aqui usei
como uma aproximação típica para líquidos refrigerantes; a conclusão de mistura não muda com pequenas variações.)
Resultado para o estado 7:
-
. - Título: “mistura saturada” (qualidade
). - Descrição: “mistura (líquido + vapor)”.
Passo 10
-
Verificação: temperatura de saturação do R12 à pressão
é muito menor do que (isto é, fica bem abaixo ); portanto , logo é vapor superaquecido. -
Calcular
aproximado pela lei dos gases ideais:
Converterpara K: . Usando e ,
Arredondando:
.
Resultado para o estado 8:
-
. - Título: “vapor superaquecido”.
- Descrição: “vapor (superaque-cido)”.
Resposta
-
Água, estado 1:
título = vapor superaquecido; descrição = vapor (superaquecido). -
Água, estado 2:
descrição = vapor saturado. -
Água, estado 3:
título = mistura saturada (qualidade ); descrição = mistura (líquido + vapor). -
Água, estado 4:
título = líquido comprimido; descrição = líquido (comprimido). -
Amônia, estado 5:
(estimado via gás ideal); título = vapor saturado (aprox.); descrição = vapor. -
Amônia, estado 6:
título = vapor superaquecido; descrição = vapor (superaquecido). -
R12, estado 7:
título = mistura saturada (qualidade ); descrição = mistura (líquido + vapor). -
R12, estado 8:
título = vapor superaquecido; descrição = vapor (superaquecido).